面试官：简历上说精通垃圾收集器？来吧，挨个给我说一遍

前言

上文已经讲解垃圾收集的各种算法，算法可以理解为方法，如果说收集算法是内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。

 

正文

目录

前言

正文

Serial收集器

ParNew收集器

Parallel Scavenge收集器

 

Serial Old收集器

Parallel Old收集器

CMS收集器

 

G1收集器

     

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面试官：你认识到的收集器都有哪些啊？

 

答：Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、G1；

 

面试官：为什么HotSpot虚拟机需要这么多收集器？

答：HotsSpot垃圾是分代收集的，所以不用的分代收集器也不同，即使是同一年代里收集器也会不同，因为每个收集器特点和性能不同也就有了收集器的多样性，所以各个收集器互相组合使用才能适应不同场景。

 

面试官：那你说一下每个收集器都有什么特点吧！

 

新生代收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge；

老年代收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS；

整堆收集器：G1；

 

开始之前我们了解一个概念

Minor GC

       又称新生代GC，指发生在新生代的垃圾收集动作；

       因为Java对象大多是朝生夕灭，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快；

 

Full GC

       又称Major GC或老年代GC，指发生在老年代的GC；

       出现Full GC经常会伴随至少一次的Minor GC（不是绝对，Parallel Sacvenge收集器就可以选择设置Major GC策略）；

      Major GC速度一般比Minor GC慢10倍以上；

 

 

Serial收集器

这个收集器是最基本的，也是历史最悠久的收集器，目前基本不会用了，想当年那也是新生代的唯一选择，但是这么多年过去了，HotSpot也没有说过河拆桥把它废了，“老而无用、食之无味弃之可惜”。

他是一个单线程收集器，他在工作的时候，必须暂停其他所有的工作线程，直到收集结束。这里要知道一个很严重的问题就是，暂停一切线程的结果就是当前运行在这个JDK的所有程序里的用户线程全部暂停，也就是说这一瞬间都是死掉的，用户看到的现象就是页面无任何响应，如果这种现象出现的时间长且频繁用户就崩溃了。

这里埋下了一个伏笔，越优秀的收集器，他的停顿时间一定越短，这也是所有收集器共同追求的目标。

 

 

ParNew收集器

他是Serial收集器多线程版本，其所有控制参数、收集算法、对象分配规则、回收策略等都与Serial完全一样。下面是ParNew收集器工作的过程。

 

他的重要之处在于，除了多线程提高了性能之外，他还可以与CMS收集器（下面介绍）搭配使用的原因。

在单CPU环境下ParNew的性能没办法超过Serial，但是随着CPU数量增多他的优势就会越来越明显。

 

 

Parallel Scavenge收集器

 

他也是一款新生代收集器，使用的是复制算法，并且是并行对线程收集器。可以看到收集器的进步都是保留上一代之长，弥补上一代之短。

很多收集器关注用户线程的停顿时间，但是Parallel Scavenge则关注吞吐量。所谓吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值，即吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间），例：虚拟机运行100分钟，其中垃圾收集时间用了1分钟，那吞吐量就是99%。

 

他是怎样控制吞吐量呢？

使用参数控制最大垃圾收集停顿时间 -XX：MaxGCPauseMillis ，以及直接设置吞吐量大小 -XX：GCTimeRatio参数。

MaxGCPauseMillis参数是一个大于0的毫秒数，收集器一次工作尽可能不超过设定的这个值，但是设置太小GC停顿时间缩短，造成了垃圾收集频率变快。如果你设定停顿100毫秒，10秒收集一次的频率，改成70毫秒的停顿时间，那么频率就可能变成5秒一次。停顿时间下降，吞吐量也会下降，GC还会变得更频繁。

 

XX:GCTimeRatio参数设置垃圾收集时间占总时间的比率，0

GCTimeRatio相当于设置吞吐量大小；

垃圾收集执行时间占应用程序执行时间的比例的计算方法是：1 / (1 + n)

 例如，选项-XX:GCTimeRatio=19，设置了垃圾收集时间占总时间的5%--1/(1+19)；

默认值是1%--1/(1+99)，即n=99；

 

看来找准最优的临界点真的是Parallel Scavenge收集器比较配置的。

不要担心，HotSpot又提供了一个参数  XX:+UseAdptiveSizePolicy帮助我们实现GC自适应的调节策略，他会根据当前系统运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数，以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量。

这个参数开启，JVM就可以动态分配新生代的大小（-Xmn）、Eden与Survivor区的比例（-XX:SurvivorRation）、晋升老年代的对象年龄（-XX:PretenureSizeThreshold）等；

 

这里插入一个笔者的经历：当时面试有人问我，Eden与Survivor区的比例可以变化吗？

看到这里童鞋们就可以回答：Parallel Scavenge收集器开启 XX:+UseAdptiveSizePolicy可以动态分配。

 

这也是Parallel Scavenge收集器优越于ParNew收集器一个重要点。

 

 

Serial Old收集器

Serial Old是 Serial收集器的老年代版本，也是继承Serial收集器单线程的特点。

工作模型图在Serial收集器中展示了。

 

Parallel Old收集器

Parallel Old垃圾收集器是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，继承了Parallel New多线程对特点，在JDK1.6及之后用来代替老年代的Serial Old收集器；

参数"-XX:+UseParallelOldGC"：指定使用Parallel Old收集器；

工作模型图在Parallel New收集器中展示了。

 

 

 

接下来讲解CMS于G1收集器，在将之前要理解一个概念

可能前面也提到过，不过在这里了解以下也不晚

并行（Parallel）

       指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态；

       如ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old；

并发（Concurrent）

       指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行）；

      用户程序在继续运行，而垃圾收集程序线程运行于另一个CPU上；    

       如CMS、G1（也有并行）；

 

CMS收集器

 

并发标记清理收集器也称为并发低停顿收集器或低延迟垃圾收集器；他的宗旨是：低停顿。

HotSpot在JDK1.5推出的第一款真正意义上的并发（Concurrent）收集器；

他采用的是“标记-清除算法"，因此会生大量的空间碎片。为了解决这个问题，CMS可以通过配置以下两种参数解决：

1. -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：参数，强制JVM在FGC完成后対老年代迸行圧縮，执行一次空间碎片整理，但是空间碎片整理阶段也会引发STW。为了减少STW次数，CMS还可以通过配置。

2. -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction=n ：参数，在执行了n次FGC后, JVM再在老年代执行空间碎片整理

 

 

初始标记 (Initial Mark)

停止一切用户线程,仅使用一条初始标记线程对所有与GC Roots直接相关联的 老年代对象进行标记,速度很快

 

并发标记 (Concurrent Marking Phase)

使用多条并发标记线程并行执行,并与用户线程并发执行.此过程进行可达性分析,标记所有这些对象可达的存货对象,速度很慢

 

重新标记 ( Remark)

因为并发标记时有用户线程在执行，标记结果可能有变化

停止一切用户线程,并使用多条重新标记线程并行执行,重新遍历所有在并发标记期间有变化的对象进行最后的标记.这个过程的运行时间介于初始标记和并发标记之间

 

并发清除 (Concurrent Sweeping)

只使用一条并发清除线程,和用户线程们并发执行,清除刚才标记的对象

这个过程非常耗时

 

 

G1收集器

     

G1（Garbage-First）是JDK7-u4才推出商用的收集器；他比CMS更高级了，他是并行与并发，能充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势；

G1以下特点

并行与并发

      能充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势；

      可以并行来缩短"Stop The World"停顿时间；

      也可以并发让垃圾收集与用户程序同时进行；

 

分代收集，收集范围包括新生代和老年代    

      能独立管理整个GC堆（新生代和老年代），而不需要与其他收集器搭配；

      能够采用不同方式处理不同时期的对象；

      虽然保留分代概念，但Java堆的内存布局有很大差别；

      将整个堆划分为多个大小相等的独立区域（Region）；

      新生代和老年代不再是物理隔离，它们都是一部分Region（不需要连续）的集合；

 

结合多种垃圾收集算法，空间整合，不产生碎片

      从整体看，是基于标记-整理算法；

      从局部（两个Region间）看，是基于复制算法；

      这是一种类似火车算法的实现；

      都不会产生内存碎片，有利于长时间运行；

 

可预测的停顿：低停顿的同时实现高吞吐量

      G1除了追求低停顿处，还能建立可预测的停顿时间模型；

      可以明确指定M毫秒时间片内，垃圾收集消耗的时间不超过N毫秒；

      如：在堆大小约6GB或更大时，可预测的暂停时间可以低于0.5秒；

       

用来替换掉JDK1.5中的CMS收集器；

 

上面提到Region 概念，肯定都不会理解，让我们看一下G1的内存模型

G1将Java堆空间分割成了若干相同大小的区域，即region

Humongous是特殊的Old类型,专门放置大型对象

在JDK11中，已经将G1设为默认垃圾回收器

 

G1垃圾收集过程

初始标记

标记与GC Roots直接关联的对象,停止所有用户线程,只启动一条初始标记线程,这个过程很快。

并发标记

进行全面的可达性分析,开启一条并发标记线程与用户线程并行执行.这个过程比较长。

最终标记

标记出并发标记过程中用户线程新产生的垃圾.停止所有用户线程,并使用多条最终标记线程并行执行。

筛选回收

回收废弃的对象.此时也需要停止一切用户线程,并使用多条筛选回收线程并行执行。

 

 

 

题外话：我们知道目前为止JDK8是应用最广泛对版本，并且JDK9、10是一个过度版，企业应用效果不好，JDK11是一个里程碑版本，重要程度相当于现在JDK8，并且JDK11默认使用G1收集器，G1的性能在早些年就突出于CMS并且官方对性能测试结果也是这样说明的。